WO2013137547A1 - 햅틱피드백 제공모듈, 그 제공모듈을 이용한 햅틱 감성 피드백 제공장치, 그 제공장치가 부착된 휴대용 단말기, 그 제공장치가 부착된 방향제시장치 및 그 제공장치를 이용한 햅틱 감성 피드백 제공방법 - Google Patents

햅틱피드백 제공모듈, 그 제공모듈을 이용한 햅틱 감성 피드백 제공장치, 그 제공장치가 부착된 휴대용 단말기, 그 제공장치가 부착된 방향제시장치 및 그 제공장치를 이용한 햅틱 감성 피드백 제공방법 Download PDF

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이성준
박연규
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Abstract

본 발명은 햅틱피드백 제공모듈, 그 제공모듈을 이용한 햅틱피드백 제공장치, 그 제공장치가 부착된 휴대용 단말기 및 그 제공장치를 이용한 햅틱피드백 제공방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 햅틱피드백 제공모듈에 있어서, 하우징; 하우징의 내부에 구비되는 진동플레이트; 하우징과 진동플레이트를 사이에 구비되어 진동플레이트를 왕복 이동시키는 액추에이팅부; 및 진동플레이트와 하우징 사이에 구비되며 각자가 서로 다른 공진주파수를 갖는 복수의 진동부;를 포함하여, 액추에이팅부의 진동주파수를 변화시켜, 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 진동부가 공진진동하게 되는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈.

Description

햅틱피드백 제공모듈, 그 제공모듈을 이용한 햅틱 감성 피드백 제공장치, 그 제공장치가 부착된 휴대용 단말기, 그 제공장치가 부착된 방향제시장치 및 그 제공장치를 이용한 햅틱 감성 피드백 제공방법
본 발명은 햅틱피드백 제공모듈, 그 제공모듈을 이용한 햅틱 감성 피드백 제공장치, 그 제공장치가 부착된 휴대용 단말기, 그 제공장치가 부착된 방향제시장치 및 그 제공장치를 이용한 햅틱 감성 피드백 제공방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 액추에이팅부의 진동주파수를 변화시켜, 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 진동부가 공진진동하게 되어 다양한 진동흐름을 제공하게 되는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈에 관한 것이다.
일반적으로 햅틱(haptic)이란 물체를 만질 때, 사람의 핑거팁(손가락 끝 또는 스타일러스 펜)으로 느낄 수 있는 촉각적 감각으로서, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백(Tactile feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근감각 힘 피드백(Kinesthetic force feedback)을 포괄하는 개념이다.
사람의 감각수용기로서, 기계적 자극의 수용기로는 고주파의 진동을 감지하는 파치니언 소체(Pacinian corpuscle), 저주파의 진동을 감지하는 마이스너 소체(Meissner's corpuscle), 국부적으로 누르는 압력을 감지하는 메르켈 디스크(Merkel's disc)와 피부를 눌려주는 스트레치를 감지하는 루피니 엔딩(Ruffini's ending)가 있다. 이러한 다양한 촉감수용기를 자극하여, 현실감있는 촉감을 재현하기 위해선, 액추에이터의 주파수 대역폭이 중요하다. 촉감수용기들은 각각 활성화되는 주파수 범위가 다르기 때문에, 이들을 모두 자극하기 위해선 250Hz이상의 대역폭을 갖는 액추에이터가 필요하다.
상기의 250Hz 이상의 대역폭을 만족시키는 기존의 액추에이터로는 솔레노이드 액추에이터, DC/AC 모터, 서버모터, 초음파 액추에이터, 형상기억합금세라믹 액추에이터 등 다양한 액추에이터들이 있다. 촉감제시장치의 대표적인 예로는 모바일디바이스에서 터치스크린의 입력에 따라 진동모터로, 진동을 발생시켜 고주파/저주파의 진동을 감지하는 파치니언/마이스너 소체를 자극하는 장치가 있다.
햅틱피드백을 제공하는 액추에이터로서 고분자 유전체를 사용할 수 있다. 도 1은 통상의 고분자 유전체의 상부와 하부 각각에 전극층이 결합된 액추에이팅부의 사시도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1에서 전극층에 전압을 인가한 상태의 액추에이팅부의 사시도를 도시한 것이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 고분자유전체(1)의 구동원리는 얇은 고분자유전체(1) 필름 위에 유연한 전극층(2)을 입히고 전압을 공급하면 필름의 두께는 감소하고 면적은 늘어나는 변형이 발생한다.
이러한 고분자 유전체(1)의 기본 구동원리를 다른 외부 장치의 사용 없이 그대로 구동기로 응용할 수 있다.
그러나 이러한 액추에이터의 경우 액추에이터 자체에서의 진동을 사용자에게 햅틱피드백으로 제공하게 되는데, 사용자에게 진동의 흐름을 제공하기에는 어렵다는 문제점이 존재한다. 즉, 복수의 액추에이터 각각이 전기를 인가받아 각각 작동하여 진동이 흐르는 것과 같은 감각을 사용자에게 제공해 줄 수 있을 것이나 액추에이터 각각을 진동시키기 위해서는 많은 전력소모가 있고 이들 각각을 제어하기 위한 전기회로가 복잡해지는 단점을 가지게 된다.
따라서 하나의 액추에이터를 구동시키는 것만으로도 사용자에게 다양한 패턴의 진동흐름 감각을 제공할 수 있는 햅틱피드백 제공장치가 요구되게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면 진동플레이트와 하우징 사이에 각자 서로 다른 공진주파수를 갖는 복수의 진동부를 설치하여 액추에이터의 진동주파수 변화에 따라, 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 진동부를 공진 진동시킴으로써 사용자에게 다양한 진동패턴 감각을 줄 수 있는 햅틱피드백 제공장치 및 그 장치를 이용한 햅틱피드백 제공방법을 제공하게 된다.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 제1목적은 햅틱피드백 제공모듈에 있어서, 하우징; 하우징의 내부에 구비되는 진동플레이트; 하우징과 진동플레이트를 사이에 구비되어 진동플레이트를 왕복 이동시키는 액추에이팅부; 및 진동플레이트와 하우징 사이에 구비되며 각자가 서로 다른 공진주파수를 갖는 복수의 진동부;를 포함하여 액추에이팅부의 진동주파수를 변화시켜, 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 진동부가 공진진동하게 되는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈로서 달성될 수 있다.
진동부의 일측은 진동플레이트에 부착되고, 타측은 하우징에 부착되는 것을 특징으로 할 수 있다.
하우징은 국부적으로 또는 전체적으로 유연성을 가져, 각각의 진동부에서 발생되는 공진진동을 국부적으로 전달해주는 것을 특징으로 할 수 있다.
액추에이팅부는 전기가 인가되면 수직방향으로 압축되고 평면방향으로 인장되는 고분자 유전체와 고분자유전체의 상면과 하면에 부착되는 전극층으로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
고분자유천체는 복수로 적층되어 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
액추에이팅부는 AC모터, DC모터, 서보모터, 솔레노이드 액추에이터, 피에조 액추에이터, 초음파 액추에이터, 세라믹 액추에이터 및 형상기억합금 액추에이터 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
진동부는 진동플레이트와 하우징 사이에 복수의 열 및 복수의 행 중 적어도 어느 하나를 갖는 어레이를 형성하며, 각각의 진동부는 진동플레이트와 하우징에 결합되는 탄성부재와 탄성부재에 부착되는 질량체를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
질량체는 텅스텐, SUS 및 철 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
각각의 진동부에 구비되는 탄성부재의 탄성계수를 서로 다르게 하거나, 각각의 진동부에 구비되는 질량체의 질량을 서로 다르게 하여 진동부가 갖는 공진주파수를 서로 다르게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
각각의 진동부에 구비되는 탄성부재의 탄성계수와 질량체의 질량을 서로 다르게 하여 진동부가 갖는 공진주파수를 서로 다르게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 햅틱피드백 제공장치에 있어서, 앞서 언급한 햅틱피드백 제공모듈; 및 햅틱피드백 제공모듈에 구비되는 액추에이팅부의 진동주파수를 설정 및 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공장치로서 달성될 수 있다.
제어부는 공진진동이 발생되기를 원하는 부분에 설치된 진동부가 가진 공진주파수로 진동주파수를 설정하여 액추에이팅부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은 앞서 언급한 햅틱피드백 제공장치가 부착된 휴대용 단말기로서 달성될 수 있다.
햅틱피드백 제공장치는 휴대용 단말기 몸체의 측면 및 하부면 중 적어도 어느 한 부분에 부착되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제4목적은 앞서 언급한 햅틱피드백 제공장치를 이용한 햅틱피드백 제공방법에 있어서, 제어부가 액추에이팅부의 진동주파수를 설정하는 단계; 액추에이팅부가 설정된 진동주파수로 왕복이동하는 단계; 및 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 진동부가 공진진동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공방법으로서 달성될 수 있다.
공진진동하는 단계 후에 제어부가 진동주파수를 변화할 필요가 있는 경우 진동주파수를 변화시키는 단계; 액추에이팅부가 변화된 진동주파수로 진동하는 단계; 및 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 진동부가 공진진동하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
진동주파수를 설정하는 단계 전에, 제어부가 진동흐름패턴, 진동주파수의 변화주기 및 반복횟수 중 적어도 어느 하나를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면 진동플레이트와 하우징 사이에 각자 서로 다른 공진주파수를 갖는 복수의 진동부를 설치하여 액추에이터의 진동주파수 변화에 따라, 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 진동부를 공진 진동시킴으로써 사용자에게 다양한 진동패턴 감각을 줄 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 햅틱피드백 제공장치를 휴대용 단말기에 부착시켜, 게임을 할 때, 캐릭터(공 또는 자동차 등)의 움직임과 같은 방향으로 진동의 흐름을 생성시켜주어, 게임의 몰입감을 높여줄 수 있고, 휴대용 단말기에서 동영상을 재생시킬 때, 진동이 흐르는 감각을 제공하여 사용자에게 몰입감을 증가시킬 수 있고, 시각장애인이나 청각장애인에게 진동흐름을 이용하여 방향을 제시해 줄 수 있으며, 휴대용 단말기에 저장된 연락처 그룹에 따라 진동흐름 패턴을 설정하게 됨으로써 사용자가 느껴지는 진동패턴만으로 특정의미, 수신인, 발신인 정보를 제공할 수 있는 등 그 적용범위가 광범위하다는 장점을 갖는다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 통상의 고분자 유전체의 상부와 하부 각각에 전극층이 결합된 액추에이팅부의 사시도,
도 2는 도 1에서 전극층에 전압을 인가한 상태의 액추에이팅부의 사시도,
도 1c는 전극층에 전압을 인가한 상태에서 고분자 유전체가 적층된 액추에이팅부의 사시도,
도 3는 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치의 사시도,
도 4은 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치의 단면도,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치에 구비된 제1진동부, 제2진동부, 제3진동부 및 제4진동부의 공진주파수 그래프,
도 6는 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치를 이용한 햅틱피드백 제공방법의 흐름도,
도 7는 본 발명의 제1실시예에 따른 제1진동부가 공진진동하는 햅틱피드백 제공장치의 단면도,
도 8는 본 발명의 제1실시예에 따른 제2진동부가 공진진동하는 햅틱피드백 제공장치의 단면도,
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 제3진동부가 공진진동하는 햅틱피드백 제공장치의 단면도,
도 10는 본 발명의 제1실시예에 따른 제4진동부가 공진진동하는 햅틱피드백 제공장치의 단면도,
도 11은 우측면과 하부측면에 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치가 부착된 휴대용 단말기의 사시도,
도 12는 도 11에서 우측면에 부착된 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치는 상부에서 하부로 진동흐름을 제공하고, 하부측면에 부착된 햅틱피드백 제공장치는 좌측에서 우측으로 진동흐름을 제공하는 상황의 휴대용 단말기의 사시도,
도 13는 도 11에서 우측면에 부착된 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치는 하부에서 상부로 진동흐름을 제공하고, 하부측면에 부착된 햅틱피드백 제공장치는 우측에서 좌측으로 진동흐름을 제공하는 상황의 휴대용 단말기의 사시도,
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치의 분해 사시도,
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치의 사시도,
도 16은 하부면에 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치가 부착된 휴대용 단말기의 사시도,
도 111 내지 도 20는 다양한 방법에 의해 진동흐름을 제공하는 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치의 정면도를 도시한 것이다.
<부호의 설명>
1:고분자유전체 2:전극층
3:코일스프링 4:질량체
5:휴대용 단말기 10:하우징
11:상판 12:하판
20:진동플레이트 30:액추에이팅부
40:진동부 41:제1진동부
42:제2진동부 43:제3진동부
44:제4진동부 100:햅틱피드백 제공장치
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공모듈 및 그 제공모듈을 포함하는 제공장치(100)의 구성, 기능 및 그 제공장치(100)를 이용한 햅틱피드백 제공방법에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)는 햅틱피드백 제공모듈의 구성을 전부 그대로 포함하고 있으므로 햅틱피드백 제공장치(100)를 중심으로 설명하도록 한다.
먼저, 도 3는 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)의 사시도를 도시한 것이고, 도 4은 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)의 단면도를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)는 하우징(10), 하우징(10)의 내부에 구비되는 진동플레이트(20), 하우징(10)과 진동플레이트(20)를 사이에 구비되어 진동플레이트(20)를 왕복 이동시키는 액추에이팅부(30) 및 진동플레이트(20)와 하우징(10) 사이에 구비되며 각자가 서로 다른 공진주파수를 갖는 복수의 진동부(40)를 포함하고 있음을 알 수 있다. 또한, 햅틱피드백 제공장치에 구비되는 액추에이팅부(30)의 진동주파수를 설정 및 제어하는 제어부(미도시)를 포함하고 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)의 일구성인 하우징(10)은 도 3및 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 공간을 갖는 직사각형 형태로 구성되고, 상판(11) 및/또는 하판(12)은 국부적 또는 전체적으로 유연성을 갖게 되어, 후에 설명되는 복수의 진동부(40) 각각에서 발생되는 공진진동을 국부적으로 사용자에게 전달해 줄 수 있게 된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)의 일구성인 진동플레이트(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(10)의 내부 공간에 구비됨을 알 수 있다. 그리고, 진동플레이트(20)의 상부와 하우징(10)의 상판(11) 사이에는 일정한 공간을 가지게 되고, 진동플레이트(20)의 양측 하부면과 하우징(10)의 하판(12) 사이에는 액추에이팅부(30)가 구비되게 된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 액추에이팅부(30)는 제어부에 의해 진동주파수가 제어되어 왕복이동이 가능한 모든 구성 및 수단을 포함한다. 본 발명의 실시예에서는 AC 모터, DC 모터, 서보 모터, 솔레노이드 액추에이터, 피에조 액추에이터, 초음파 액추에이터, 세라믹 액추에이터, 형상기억합금 액추에이터 등이 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 액추에이팅부(30)는 전기 인가부에 의해 전기가 인가되면 수직방향으로 압축되고, 평면방향으로 인장되는 고분자유전체(1)와 고분자유전체(1)의 상면과 하면에 부착되는 전극층(2)으로 구성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 액추에이팅부(30)는 다수의 고분자유전체(1)가 적층된 형태로 구성되고, 이러한 다수의 고분자유전체(1) 사이에 전극층(2)이 결합된 구성으로 구비되어 있음을 알 수 있다. 따라서 전기 인가부에 의해 전극층(2)에 전기를 인가하게 되면 고분자 유전체(1) 기반 액추에이팅부(30)는 수직방향으로 압축되게 되고, 전기 인가를 제거하게 되면 다시 원상태로 복귀되게 되어 1회 전기 인가 및 제거에 의해 1회 왕복 이동을 하게 된다.
그리고, 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)의 일구성인 진동부(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, 진동플레이트(20)와 하우징(10) 하판(12) 사이에 복수개로 구비되게 됨을 알 수 있다. 이러한 진동부(40)는 서로 다른 공진주파수를 갖고 있으며 복수의 진동부(40) 중에 액추에이팅부(30)의 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 진동부(40)가 공진진동을 하게 된다.
본 발명의 구체적 실시예에 따른 각각 진동부(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, 진동플레이트(20)의 하부면과 그에 대향되는 위치의 진동플레이트(20) 상부면 각각에 부착되는 코일스프링(3)과 이러한 코일스프링(3) 사이에 구비되는 질량체(4)를 포함하고 구성됨을 알 수 있다. 질량체(4)는 단위밀도가 높은 금속(예를 들어, 텅스텐, 철, SUS, 또는 이의 혼합물 등)으로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 제1실시예에 따른 진동부(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1진동부(41), 제2진동부(42), 제3진동부(43) 및 제4진동부(44)로 구성되며 각각의 공진주파수는 서로 상이하게 된다. 진동부(40)의 공진주파수는 이하의 수학식으로 결정된다.
(수학식 7)
공진주파수 =
Figure PCTKR2012011282-appb-I000001
(k는 코일스프링의 탄성계수, m는 질량체의 질량, A는 상수)
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)에 구비된 제1진동부(41), 제2진동부(42), 제3진동부(43) 및 제4진동부(44)의 공진주파수 그래프를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1진동부(41)는 제1공진주파수를 갖고, 제2진동부(42)는 제1공진주파수보다 큰 제2공진주파수를 가지며, 제3진동부(43)는 제2공진주파수보다 큰 제3공진주파수를 갖고, 제4진동부(44)는 제3공진주파수보다 큰 제4공진주파수를 갖게 됨을 알 수 있다.
즉, 제1진동부(41), 제2진동부(42), 제3진동부(43) 및 제4진동부(44)에 구비되는 코일스프링(3)의 탄성계수를 서로 다르게 하거나, 각각의 진동부(40)에 구비된 질량체(4)의 질량을 서로 다르게 하여 진동부(40)가 갖는 공진주파수를 서로 다르게 할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 각각의 진동부(40)에 구비되는 탄성부재의 탄성계수와 질량체(4)의 질량을 서로 다르게 하여 진동부(40)가 갖는 공진주파수를 서로 다르게 구성할 수 있다.
이하에서는 앞서 설명한 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)를 이용한 햅틱피드백 제공방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 6는 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)를 이용한 햅틱피드백 제공방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부에서 액추에이팅부(30)의 진동주파수를 설정하게 된다(S1). 액추에에팅부의 진동주파수가 설정되게 되면 제어부는 액추에이팅부(30)가 설정된 진동주파수로 왕복이동하도록 작동, 제어하게 된다(S2). 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)의 액추에이팅부(30)는 고분자유전체 기반 액추에이터에 해당하므로 제어부는 전기인가부를 제어하여 전극층에 전기가 인가되는 주기를 설정하게 되고, 이렇게 설정된 주기로 전기인가부가 전극층으로 전기를 인가하도록 제어하게 된다.
액추에이팅부(30)가 설정된 진동주파수로 왕복이동을 하게 되면, 진동플레이트(20)와 하우징(10) 사이에 구비된 제1진동부(41), 제2진동부(42), 제3진동부(43) 및 제4진동부(44) 중에 설정된 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 진동부(40)가 공진진동을 하게 된다(S3).
도 7는 본 발명의 제1실시예에 따른 제1진동부(41)가 공진진동하는 햅틱피드백 제공장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제어부는 제1진동부(41)가 가지고 있는 제1공진주파수와 일치되는 진동주파수를 설정하게 되고, 제1공진주파수와 일치되는 진동주파수로 액추에이팅부(30)가 왕복이동하도록 액추에이팅부(30)를 제어하게 된다. 그리고, 액추에이팅부(30)가 제1공진주파수와 일치되는 진동주파수로 왕복이동하게 되면 진동주파수와 일치되는 제1공진주파수를 갖는 제1진동부(41)가 공진진동을 하게 된다. 즉, 제어부는 진동주파수를 설정하게 됨으로써 원하는 위치에 구비된 진동부(40)를 공진 진동시킬 수 있게 된다.
다음으로, 이러한 제1진동부(41)를 계속 공진진동 시킬지를 판단하고(S4), 액추에이팅부(30)의 진동주파수를 변화시킬 필요가 있는 경우(S5), 즉, 제1진동부 (41)외에 다른 진동부를 공진진동 시키기를 원하는 경우, 제어부는 새로운 진동주파수를 설정하게 된다(S6). 그리고, 제어부는 새롭게 설정된 진동주파수로 액추에이팅부(30)가 진동하도록 제어하고, 액추에이팅부(30)가 새롭게 설정된 진동주파수로 왕복이동을 하게 되면(S7), 새롭게 설정된 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 진동부(40)가 공진진동을 하게 된다(S8).
도 8는 본 발명의 제1실시예에 따른 제2진동부(42)가 공진진동하는 햅틱피드백 제공장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1진동부(41)가 공진진동을 하게 된 후, 제2진동부(42)를 공진진동 시키고자 할 때, 제어부는 새롭게 설정될 진동주파수를 제2진동부(42)가 가진 제2공진주파수로 설정하고, 제어부에 의해 액추에이팅부(30)가 제2공진주파수와 일치되는 진동주파수로 왕복이동을 하게 되면 이렇게 새롭게 설정된 진동주파수와 일치되는 제2공진주파수를 가진 제2진동부(42)가 공진진동을 하게 된다.
또한, 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 제3진동부(43)가 공진진동하는 햅틱피드백 제공장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제2진동부(42)가 공진진동을 하게 된 후, 제3진동부(43)를 공진진동 시키고자 할 때, 제어부는 새롭게 설정될 진동주파수를 제3진동부(43)가 가진 제3공진주파수로 설정하고, 제어부에 의해 액추에이팅부(30)가 제3공진주파수와 일치되는 진동주파수로 왕복이동을 하게 되면 이렇게 새롭게 설정된 진동주파수와 일치되는 제3공진주파수를 가진 제3진동부(43)가 공진진동을 하게 된다.
또한, 도 10는 본 발명의 제1실시예에 따른 제4진동부(44)가 공진진동하는 햅틱피드백 제공장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제3진동부(43)가 공진진동을 하게 된 후, 제4진동부(44)를 공진진동 시키고자 할 때, 제어부는 새롭게 설정될 진동주파수를 제4진동부(44)가 가진 제4공진주파수로 설정하고, 제어부에 의해 액추에이팅부(30)가 제4공진주파수와 일치되는 진동주파수로 왕복이동을 하게 되면 이렇게 새롭게 설정된 진동주파수와 일치되는 제4공진주파수를 가진 제4진동부(44)가 공진진동을 하게 된다.
따라서 제어부는 진동주파수를 변화시키게 되면서 다수의 진동부(40) 중에 진동시키고 하는 진동부(40) 만을 진동시킬 수 있게 된다. 또한, 제어부는 진동흐름패턴, 진동주파수의 변화주기 및 반복횟수 등을 설정할 수 있다.
또한, 도 11은 우측면과 하부측면에 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)가 부착된 휴대용 단말기(5)의 사시도를 도시한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)를 휴대폰, PMP, 스마트폰 등의 휴대용 단말기(5)의 하부측면, 좌측면, 우측면, 하부면 등 다양하게 표면에 부착시켜 사용되어 질 수 있다.
도 12는 도 11에서 우측면에 부착된 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)는 상부에서 하부로 진동흐름을 제공하고, 하부측면에 부착된 햅틱피드백 제공장치(100)는 좌측에서 우측으로 진동흐름을 제공하는 상황의 휴대용 단말기(5)의 사시도를 도시한 것이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 제어부는 진동흐름패턴을 설정할 수 있고, 우측면에 부착된 햅틱피드백 제공장치(100)는 사용자에게 상부에서 하부로 흐르는 진동 감각을 제공하게 되고, 하부측면에 부착된 햅틱피드백 제공장치(100)는 사용자에게 좌측에서 우측으로 흐르는 진동감각을 제공할 수 있게 됨을 알 수 있다.
도 13는 도 11에서 우측면에 부착된 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)는 하부에서 상부로 진동흐름을 제공하고, 하부측면에 부착된 햅틱피드백 제공장치(100)는 우측에서 좌측으로 진동흐름을 제공하는 상황의 휴대용 단말기(5)의 사시도를 도시한 것이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 제어부는 진동흐름패턴을 설정할 수 있고, 우측면에 부착된 햅틱피드백 제공장치(100)는 사용자에게 하부에서 상부로 흐르는 진동 감각을 제공하게 되고, 하부측면에 부착된 햅틱피드백 제공장치(100)는 사용자에게 우측에서 좌측으로 흐르는 진동감각을 제공할 수 있게 됨을 알 수 있다. 앞서 도시된 도 12 및 도 13 이외에도 다양한 진동패턴을 만들 수 있고, 진동주파수의 변화주기 및 동일한 진동패턴의 반복횟수 등도 설정가능하다.
따라서 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)를 휴대용 단말기(5)에 부착시키게 됨으로써 진동 흐름의 시작위치(가장 처음 공진진동되는 진동부(40)가 구비된 위치)과 끝나는 위치(진동 패턴에서 가장 나중에 공진진동되는 진동부(40)가 구비된 위치)를 설정하게 됨으로써 흐르는 다양한 진동감각을 사용자에게 제공해 줄 수 있어, 휴대용 단말기(5)에서 게임을 할 때, 캐릭터(공 또는 자동차 등)의 움직임과 같은 방향으로 진동의 흐름을 생성시켜주어, 게임의 몰입감을 높여줄 수 있고, 휴대용 단말기(5)에서 동영상을 재생시킬 때, 진동이 흐르는 감각을 제공하여 사용자에게 몰입감을 증가시킬 수 있고, 시각장애인이나 청각장애인에게 진동흐름을 이용하여 방향을 제시해 줄 수 있으며, 휴대용 단말기(5)에 저장된 연락처 그룹에 따라 진동흐름패턴을 설정하게 됨으로써 사용자가 느껴지는 진동패턴만으로 특정의미, 수신인, 발신인 정보를 제공하게 할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)의 분해 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)의 사시도를 도시한 것이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)는 앞서 설명한 제1실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)와 비교하여 진동부(40)가 복수의 열과 복수의 행으로 어레이를 형성하여 구비된다는 점 외에 그 구성, 기능 및 작용은 동일하다.
즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)의 하우징(10) 내에 구비된 진동플레이트(20)는 제1실시예 보다 큰 폭을 가지고, 진동플레이트(20)와 하우징(10) 하부판 사이에는 총 12개의 진동부(40)가 구비됨을 알 수 있다.
보다 구체적으로, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 진동플레이트(20)와 하우징(10) 하판(12) 사이의 양측 각각에 제어부에 의해 설정된 진동주파수로 왕복이동하게 되는 액추에이팅부(30)가 결합됨을 알 수 있다. 그리고, 진동플레이트(20)의 하부면에 총 12개의 코일스프링(3)이 결합되고, 그와 대향되게 하우징(10)의 하판(12)에도 12개의 코일스프링(3)이 결합되게 되며 코일스프링(3) 사이에 앞서 설명한 질량체(4)가 결합된다.
즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 진동부(40)는 3개의 행과 4개의 열로 구성된 어레이를 형성하게 된다. 따라서 총 12개의 진동부(40)가 가진 공진주파수를 서로 다르게 하여 액추에이팅부(30)의 진동주파수를 제어부에서 변화시켜 제1실시예보다 더 다양한 진동패턴을 형성할 수 있게 된다.
도 16은 하부면에 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)가 부착된 휴대용 단말기(5)의 사시도를 도시한 것이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예는 제1실시예보다 큰 폭을 가지고 있어 휴대용 단말기(5)의 하부면에 부착되어 질 수 있게 됨을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 제2실시예는 제1실시예와 달리 복수의 열과 복수의 행을 가진 다수의 진동부(40) 어레이로 구성되므로 보다 다양한 진동패턴을 형성할 수 있다. 즉, 제1실시예에서는 좌에서 우측으로 또는 우측에서 좌측으로 흐르는 진동을 사용자에게 제공하게 되나 제2실시예에서는 그뿐 아니라 “ㄱ” 자 패턴, “ㄴ” 자 패턴, “ㅁ” 자 패턴, “O” 자패턴, “Z” 자 패턴 등 다양한 진동패턴을 사용자에게 제공할 수 있게 된다.
도 111 내지 도 20는 다양한 방법에 의해 진동흐름을 제공하는 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)의 정면도를 도시한 것이다. 도 111에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)는 좌측(도 17 기준) 최상단에 위치한 진동부(40)의 공진진동을 시작으로 우측 최하단에 위친 진동부(40)까지 “Z”자와 유사한 패턴을 형성하여 사용자에게 진동흐름을 전달하게 됨을 알 수 있다. 또한, 도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)는 우측(도 18 기준) 최상단에 위치한 진동부(40)의 공진진동을 시작으로 좌측 최하단에 위친 진동부(40)까지 “「 ”자와 유사한 패턴을 형성하여 사용자에게 진동흐름을 전달하게 됨을 알 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)는“X”자와 유사한 패턴을 형성하여 사용자에게 진동흐름을 전달하게 됨을 알 수 있다. 또한, 도 20에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)는“ㅁ”자와 유사한 패턴을 형성하여 사용자에게 진동흐름을 전달하게 됨을 알 수 있다.
도 17 내지 도 20에 도시된 것 외에도 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)를 이용하여 다양한 진동패턴을 제공할 수 있고 앞서 언급한 바와 같이 제어부는 진동패턴과 진동패턴의 변화주기, 진동부(40)의 공진진동 변화주기, 반복횟수 등을 설정할 수 있다. 또한, 진동부(40)의 총 개수, 행의 개수 및 열의 개수를 다르게 설계하여 보다 다양한 진동패턴을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 이러한 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)를 휴대용 단말기(5)에 부착하게 됨으로써 다양한 어플리케이션의 개발이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱피드백 제공장치(100)를 휴대용 단말기(5)에 부착시키게 됨으로써 진동 흐름의 시작위치(가장 처음 공진진동되는 진동부(40)가 구비된 위치)과 끝나는 위치(진동 패턴에서 가장 나중에 공진진동되는 진동부(40)가 구비된 위치)를 설정하게 됨으로써 흐르는 다양한 진동감각을 사용자에게 제공해 줄 수 있어, 휴대용 단말기(5)에서 게임을 할 때, 캐릭터(공 또는 자동차 등)의 움직임과 같은 방향으로 진동의 흐름을 생성시켜주어, 게임의 몰입감을 높여줄 수 있고, 휴대용 단말기(5)에서 동영상을 재생시킬 때, 진동이 흐르는 감각을 제공하여 사용자에게 몰입감을 증가시킬 수 있고, 시각장애인이나 청각장애인에게 진동흐름을 이용하여 방향을 제시해 줄 수 있으며, 휴대용 단말기(5)에 저장된 연락처 그룹에 따라 진동흐름패턴을 설정하게 됨으로써 사용자가 느껴지는 진동패턴만으로 특정의미, 수신인, 발신인 정보를 제공하게 할 수 있다.

Claims (18)

  1. 햅틱피드백 제공모듈에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징의 내부에 구비되는 진동플레이트;
    상기 하우징과 진동플레이트를 사이에 구비되어 상기 진동플레이트를 왕복 이동시키는 액추에이팅부; 및
    상기 진동플레이트와 하우징 사이에 구비되며 각자가 서로 다른 공진주파수를 갖는 복수의 진동부;를 포함하여,
    상기 액추에이팅부의 진동주파수를 변화시켜, 상기 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 상기 진동부가 공진진동하게 되는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 진동부의 일측은 상기 진동플레이트에 부착되고, 타측은 상기 하우징에 부착되는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징은 국부적으로 또는 전체적으로 유연성을 가져, 각각의 상기 진동부에서 발생되는 공진진동을 국부적으로 전달해주는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 액추에이팅부는,
    전기가 인가되면 수직방향으로 압축되고 평면방향으로 인장되는 고분자 유전체와 상기 고분자유전체의 상면과 하면에 부착되는 전극층으로 구성된 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고분자유천체는 복수로 적층되어 구성되는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 액추에이팅부는,
    AC모터, DC모터, 서보모터, 솔레노이드 액추에이터, 피에조 액추에이터, 초음파 액추에이터, 세라믹 액추에이터 및 형상기억합금 액추에이터 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 진동부는 상기 진동플레이트와 상기 하우징 사이에 복수의 열 및 복수의 행 중 적어도 어느 하나를 갖는 어레이를 형성하며,
    각각의 상기 진동부는 상기 진동플레이트와 상기 하우징에 결합되는 탄성부재와 상기 탄성부재에 부착되는 질량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 질량체는 텅스텐, SUS 및 철 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈.
  9. 제 7항에 있어서,
    각각의 상기 진동부에 구비되는 탄성부재의 탄성계수를 서로 다르게 하거나, 각각의 상기 진동부에 구비되는 질량체의 질량을 서로 다르게 하여 상기 진동부가 갖는 공진주파수를 서로 다르게 하는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈.
  10. 제 7항에 있어서,
    각각의 상기 진동부에 구비되는 탄성부재의 탄성계수와 질량체의 질량을 서로 다르게 하여 상기 진동부가 갖는 공진주파수를 서로 다르게 하는 것을 특징으로 하는 햅틱피드백 제공모듈.
  11. 햅틱피드백 제공장치에 있어서,
    제 1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 햅틱피드백 제공모듈; 및
    상기 햅틱피드백 제공모듈에 구비되는 액추에이팅부의 진동주파수를 설정 및 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 감성 피드백 제공장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는 공진진동이 발생되기를 원하는 부분에 설치된 진동부가 가진 공진주파수로 상기 진동주파수를 설정하여 상기 액추에이팅부를 제어하는 것을 특징으로 하는 햅틱 감성 피드백 제공장치.
  13. 제11항의 햅틱 감성 피드백 제공장치가 부착된 휴대용 단말기.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 햅틱피드백 제공장치는 상기 휴대용 단말기 몸체의 측면 및 하부면 중 적어도 어느 한 부분에 부착되는 것을 특징으로 하는 휴대용 단말기.
  15. 제11항의 햅틱 감성 피드백 제공장치가 부착된 방향제시장치.
  16. 제 11항의 햅틱피드백 제공장치를 이용한 햅틱피드백 제공방법에 있어서,
    제어부가 액추에이팅부의 진동주파수를 설정하는 단계;
    상기 액추에이팅부가 설정된 상기 진동주파수로 왕복이동하는 단계; 및
    상기 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 진동부가 공진진동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 감성 피드백 제공방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 공진진동하는 단계 후에,
    상기 제어부가 진동주파수를 변화할 필요가 있는 경우 상기 진동주파수를 변화시키는 단계;
    상기 액추에이팅부가 변화된 상기 진동주파수로 진동하는 단계; 및
    상기 진동주파수와 일치되는 공진주파수를 갖는 진동부가 공진진동하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 감성 피드백 제공방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 진동주파수를 설정하는 단계 전에,
    상기 제어부가 진동흐름패턴, 진동주파수의 변화주기 및 반복횟수 중 적어도 어느 하나를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 햅틱 감성 피드백 제공방법.
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